МНОГОЭЛЕМЕНТНАЯ ЗАКОНЦОВКА Российский патент 1998 года по МПК B64C5/10 B64C23/06 

Изобретение относится к области авиационной техники и может быть использовано в конструкции концевых частей несущих поверхностей самолета и концевых частей лопастей вертолета.

В данном разделе будут указаны аналоги изобретения. Совершенствование несущих поверхностей летательных аппаратов наметило в последнее время ряд перспективных направлений. Одним из направлений является уменьшение индуктивного сопротивления с помощью различных концевых устройств, устанавливаемых на концах несущей поверхности. Эти устройства представляют собой особые формы законцовок крыла. Более подробно этой проблемой занимались сотрудники ЦАГИ (Центральный Аэрогидродинамический инструмент). Научные труды помещены в выпуске 2247, 1984 г. Вождаев Г.Г. "О некоторых возможностях повышения аэродинамического качества несущих систем с помощью концевых крылышек". Исследование проводилось на модели полукрыла, оснащенного концевым крылышком, установленным на конце крыла, с хордой 2b и размахом 4b, где b - хода крыла. Угол установки концевого крылышка изменялся в процессе эксперимента. Изменялось также положение концевого крылышка относительно концевой хорды крыла с целью излучения влияния положения и угла установки концевого крылышка на аэродинамические характеристики крыла. Дополнительная несущая поверхность установлена с тем же углом поперечного U крыла, что и крыло. Данные исследования направлены на поиск возможностей снижения индуктивного сопротивления. Дополнительная несущая поверхность установлена под определенным углом атаки, что создает дополнительную вихревую структуру. Взаимодействие этой структуры с концевыми вихрями крыла приводит по мнению авторов к снижению индуктивного сопротивления. Если рассмотреть спектр обтекания концевой части крыла, то нетрудно заменить, что формируемый концевой вихрь крыла начинается у передней кромки и с увеличением интенсивности срывается у задней кромки крыла образуя вихревую пелену. Авторы данного изобретения не приняли это во внимание и с помощью предложенной законцовки не в состоянии бороться с концевым вихрем достаточно эффективно. Это объясняется тем, что на участке от передней кромки крыла до передней кромки дополнительной несущей поверхности, вихревой жгут не разбит на более мелкие менее интенсивные вихри и достаточно интенсивен на данном участке. На участке между задними кромками крыла и дополнительной несущей поверхностью возможно наложение вихревых структур крыла и дополнительной несущей поверхности, что приведет к большей интенсивности концевого вихря. Несмотря на замечания, данная законцовка приведет к некоторому снижению интенсивности концевого вихря и перестройке течения в окрестности концевой хорды крыла.

В изобретении ФРГ N 2726589, кл, B 64 C 5/10, 1978 г. авторы предлагают один из вариантов многоэлементного концевого устройства, предназначенного для изменения скосов потока над верхней поверхностью крыла в горизонтальной плоскости с целью снижения индуктивного сопротивления и соответствующего повышения аэродинамического качества несущих поверхностей. Предложенное авторами концевое устройство представляет собой законцовку в виде "бульбы" с набором крылышек, имеющих незначительную относительную площадь, установленных под определенным отрицательным углом атаки. Крылышки установлены как под положительным, так и под отрицательным углом поперечного U крыла относительно основной несущей поверхности. Принцип действия предложенного концевого устройства основан на формировании правильного потока в окрестности законцовки крыла за счет установки "бульбы" и дальнейшем формировании потока за счет крылышек, работающих по схеме спрямляющего аппарата. В следствии этого удается изменить картину обтекания в окрестности законцовки крыла, что позволяет уменьшить величину скосов потока на верхней поверхности крыла. Дополнительные несущие поверхности в виде крылышек, работающие по схеме спрямляющего аппарата, установление под большим отрицательным углом атаки с целью плавного обтекания концевым вихрем, не являются несущими, что дает дополнительное вредное сопротивление и увеличивает массу несущей поверхности. Данное концевое устройство требует дополнительного привода на крылышки с целью изменения угла их установки при отклонении угла атаки от оптимального, что соответственно утяжеляет конструкцию и требует высокоточного кинематического механизма и бортового вычислительного устройства. Иначе, предложенное концевое устройство при отклонении угла атаки от оптимального приведет к изменению плавной картины обтекания в районе законцовки крыла, что, соответственно, увеличит сопротивление. Данное концевое устройство не является эффективным, так как не изменяет величину скосов потока на нижней поверхности крыла и, следовательно, не влияет на снижение индуктивного сопротивления. Недостатком данного изобретения является малая эффективность в борьбе с концевыми вихрями. Несмотря на имеющиеся недостатки данное изобретение можно взять за аналог.

Цель изобретения - снижение индуктивного сопротивления (ИС) на дозвуковых и околозвуковых скоростях полета, путем изменения перераспределения нагрузки по несущей поверхности и ослабления интенсивности концевого вихря крыла, обусловленного перетеканием воздуха нижней поверхности на верхнюю на эксплуатационных углах атаки.

Цель достигается тем, что на конце несущей поверхности установлена многоэлементная законцовка, которая для уменьшения ИС установлена в горизонтальной плоскости, и представляет собой разрезное крыло, состоящее по меньшей мере из трех крылышек, имеющих свой аэродинамический профиль, аэродинамическую и геометрическую крутку (закрученость) и установленных под оптимальными углами атаки по отношению к концевой хорде несущей поверхности. Аэродинамические профиля, углы атаки, закрученость, а также средняя геометрическая хорда крылышек выбирается из условия преобладающей интенсивности концевого вихря на данном участке концевой хорды несущей поверхности при оптимальном крейсерском режиме полета. Форма в плане как крылышек, так и многоэлементной законцовки в целом, может быть разнообразной и определяется особенностью аэродинамического профиля несущей поверхности, действующего на интенсивность концевого вихря на конкретном участке концевой хорды.

Указанные признаки, раскрывающие сущность изобретения, отличаются от указанных признаков аналогов тем, что средняя геометрическая хорда крылышек выбирается из условия интенсивности концевого вихря на данном участке концевой хорды несущей поверхности. Форма в плане как крылышек, так и многоэлементной законцовки в целом, а также закрученность могут быть разнообразными и определяются особенностью аэродинамического профиля несущей поверхности, действующего на интенсивность концевого вихря на конкретном участке концевой хорды.

На фиг.1 изображена концевая часть несущей поверхности с многоэлементной законцовкой в плане. Из эскиза видно, что многоэлементная законцовка состоит по меньшей мере из трех крылышек N2; N3; N4 разнообразной формы в плане, установленных под углами атаки α₁:α₂:α₃ (фиг.2). На фиг.2 дано сечение А-А на фиг.1.

Многоэлементная законцовка 1 (фиг.1) представляет собой расположенное в горизонтальной плоскости разрезное крыло, состоящее по меньшей мере из трех крылышек 2 - 4, имеющих свой аэродинамический профиль, аэродинамическую и геометрическую крутку и установленных под оптимальными углами атаки α₁:α₂:α₃ по отношению к концевой хорде несущей поверхности. Форма в плане как крылышек, так и многоэлементной законцовки в целом, может быть разнообразной и определяется особенностью аэродинамического профиля несущей поверхности, действующего на интенсивность концевого вихря на конкретном участке концевой хорды. Многоэлементная законцовка выполнена с продольным набором и корневой силовой нервюрой и имеет многослойную конструкция с сотовым или пористым заполнителем. Стыковка многоэлементной законцовки производится с помощью силовых фитинговых соединений при конструктивном выполнении несущей поверхности типа моноблочного или кессонного. Если конструктивно-силовая схема несущей поверхности лонжеронная - то стыковка по лонжеронам и моментным точкам.

Работа предлагаемой многоэлементной законцовки основана на следующем. У несущей поверхности конечного размаха по мере удаления от плоскости симметрии давление по размаху изменяется. Эти изменения давления приводят к возникновению поперечных токов, направленных от большего давления к меньшему. На верхней поверхности линии тока направлены от передней кромки внутрь к плоскости симметрии, а на нижней поверхности, наоборот, от плоскости симметрии наружу. У боковых кромок несущей поверхности поток стремится обогнуть эти кромки в направлении снизу вверх. В результате возникает закручивание потока в вихревые жгуты, которые сбегают с боковых кромок несущей поверхности. При установке предлагаемой многоэлементной законцовки происходит перераспределение давления. Применение многоэлементной законцовки позволит уменьшить интенсивность концевого вихря. Вихревая структура, образуемая крылышками, разбивает мощный концевой вихрь на слабые менее интенсивные вихри. Концевой вихрь, образуемый на крылышке 2, распадается при взаимодействии с крылышком 3. Вихревая структура, образованная на крылышке 3, распадается при взаимодействии с крылышком 4. Концевой вихрь, образованный на крылышке 4, слабее концевого вихря несущей поверхности. Данное расположение крылышек и форма в плане позволяют приблизить закон распределения к оптимальному эллиптическому. Снижение ИС приводит к повышению аэродинамического качества несущей поверхности, что приводит к снижению расхода топлива и увеличению дальности полета.

Изобретение относится к области авиационной техники и может быть использовано в конструкции концевых частей несущих поверхностей самолета и концевых частей лопастей вертолета. Изобретение позволяет снизить индуктивное сопротивление на дозвуковых и околозвуковых скоростях полета путем изменения перераспределения нагрузки по несущей поверхности и ослабления интенсивности концевого вихря, обусловленного перетеканием воздуха с нижней поверхности на верхнюю на эксплуатационных углах атаки. На конце несущей поверхности установлена многоэлементная законцовка, которая для уменьшения индуктивного сопротивления установлена в горизонтальной плоскости и представляет собой резное крыло, состоящее по меньшей мере из трех крылашек, имеющих свой аэродинамический профиль, аэродинамическую и геометрическую крутку (закрученость) и установленных под оптимальными углами атаки по отношению к концевой хорде несущей поверхности. Аэродинамические профиля, углы атаки, закрученость, а также средняя геометрическая хорда крылышек выбираются из условия преобладающей интенсивности концевого вихря на данном участке концевой хорды несущей поверхности при оптимальном крейсерском режиме полета. Форма в плане крылышек может быть разнообразной и определяется особенностью аэродинамичского профиля несущей поверхности, действующего на интенсивность концевого вихря на конкретном участке концевой хорды. 2 ил.

\ \ \ 1 Многоэлементная законцовка, представляющая собой дополнительную поверхность крылообразной формы, имеющую в горизонтальной плоскости по меньшей мере три крылышка, установленных одно за другим на конце несущей поверхности, выполненных с аэродинамическим профилем каждое и установленных под оптимальным углом атаки, отличающаяся тем, что каждое крылышко установлено под оптимальным углом атаки по отношению к концевой хорде несущей поверхности, указанные крылышки установлены одно за другим в горизонтальной плоскости, имеют отличные друг от друга собственные средние геометрические хорды, формы в плане, удлинения, аэродинамические и геометрические крутки.